突破难点:绳末端速度分解问题及练习
1.如图所示,套在竖直细杆上的环A 由跨过定滑轮的不可伸长的轻绳与重物B 相连.由
于B 的质量较大,故在释放B 后,A 将沿杆上升,当A 环上升至定滑轮的连线处于水平位置时,其上升速度v 1≠0,若这时B 的速度为v 2,则 (
)
A .v 2=v 1
C .v 2≠0
[答案] D
[解析] 环上升过程其速度v 1可分解为两个分速度v ∥和v ⊥,如图所示,v ∥=v 2=v 1·cos θ,
当θ=90°时,cos θ=0,v ∥=v 2=
0. B .v 2>v 1 D .v 2=0
2.如图所示,A 、B 两物体系在跨过光滑定滑轮的一根轻绳的两端,当A 物体以速度v
向左运动时,系A ,B 的绳分别与水平方向成α、β角,此时B 物体的速度大小为________,方向________.
[答案] cos α 水平向右 cos β
[解析] 根据A ,B 两物体的运动情况,将两物体此时的速度v 和v B 分别分解为两个分
速度v 1(沿绳的分量) 和v 2(垂直绳的分量) 以及v B 1(沿绳的分量) 和v B 2(垂直绳的分量) ,如图,由于两物体沿绳的速度分量相等,v 1=v B 1,v cos α=v B cos β.
cos α则B 物体的速度方向水平向右,其大小为v B =v cos β
3.如图所示,点光源S 到平面镜M 的距离为d . 光屏AB 与平面镜的初始位置平行.当
平面镜M 绕垂直于纸面过中心O 的转轴以ω的角速度逆时针匀速转过30°时,垂直射向平
面镜的光线SO 在光屏上的光斑P 的即时速度大小为多大?
[答案] 8ωd
[解析] 当平面镜转过30°角时,反射光线转过60°角,反射光线转动的角速度为平面镜
转动角速度的2倍,即为2ω. 将P 点速度沿OP 方向和垂直于OP 的方向进行分解,可得:
v cos60°=2ω·OP =4ωd,所以v =8ωd.
4. 如图6所示,用一根长杆和两个定滑轮的组合装置来提升重物M ,
长杆的一端放在地上通过铰链联结形成转轴,其端点恰好处于左侧滑轮
正下方O 点处,在杆的中点C 处拴一细绳,绕过两个滑轮后挂上重物
M . C 点与O 点距离为l . 现在杆的另一端用力.使其逆时针匀速转动,由 图6
竖直位置以角速度ω缓缓转至水平位置(转过了90°角) ,此过程中下述说法中正确的是
( )
A .重物M 做匀速直线运动
B .重物M 做匀变速直线运动
C .重物M 的最大速度是ωl
D .重物M 的速度先减小后增大
解析:由题知,C 点的速度大小为v C =ωl,设v C 与绳之间的夹角为θ,把v C 沿绳和垂
直绳方向分解可得,v 绳=v C cos θ,在转动过程中θ先减小到零再反向增大,故v 绳先增大后减小,重物M 做变加速运动,其最大速度为ωl,C 正确.
5. 一辆车通过一根跨过定滑轮的轻绳子提升一个质量为m 的重
物,开始车在滑轮的正下方,绳子的端点离滑轮的距离是H . 车由静止
开始向左做匀加速运动,经过时间t 绳子与水平方向的夹角为θ,如
图9所示,试求:
(1)车向左运动的加速度的大小; 图9
(2)重物m 在t 时刻速度的大小.
解析:(1)汽车在时间t 内向左走的位移:x =
1又汽车匀加速运动x 2
2H , tan θ
所以a =2x 2H t t ·tan θ
2H t ·tan θ(2)此时汽车的速度v 汽=at =
由运动的分解知识可知,汽车速度v 汽沿绳的分速度与重物m 的速度相等,即v 物=v 汽
cos θ
得v 物=2H cos θ2H 2H cos θ. 答案:(1) t ·tan θt ·tan θt ·tan θ
6.如图4-1-3所示,物体A 和B 质量均为m ,且分别与轻绳连接
跨过光滑轻质定滑轮,B 放在水平面上,A 与悬绳竖直.用力F 拉B
沿水平面向左匀速运动过程中,绳对A 的拉力的大小是
( )
A. 一定大于mg B .总等于mg
C .一定小于mg D .以上三项都不正确
解析:物体B 向左的速度vB 是合速度,
根据其效果,分解为如右图所示的两
个速度v 1和v 2,其中v 2=vA ,又因为v 2
=vB cos θ,所以当物体B 向左匀速运动
时,vB 大小不变,θ变小,cos θ变大,即A 向上做加速运动,由牛
顿第二定律得F T -mg =ma ,所以绳的拉力F T =mg +ma >mg . 故正
确答案为A.
7. 如图4-1-6所示,一个长直轻杆两端分别固定一个小球A 和B ,两球的质量均为m ,两球半径忽略不计,杆AB 的长度为l ,现将杆AB 竖直靠放在竖直墙上,
l 轻轻振动小球B ,使小球B 在水平地面上由静止向右运动,求当A 球沿墙下滑距离为时A 、2
B 两球的速度v A 和v B 的大小.(不计一切摩擦)
A 、B 两球速度的分解情况如图4-1-7所示,由题意知,θ=30°,由运动的合成与分解得 v A sin θ=v B cos θ
又A 、B 组成的系统机械能守恒,所以
mg l =1v 1A 2+m v B 2222
由①②解得v 11
A =23gl ,v B =2gl .
②
突破难点:绳末端速度分解问题及练习
1.如图所示,套在竖直细杆上的环A 由跨过定滑轮的不可伸长的轻绳与重物B 相连.由
于B 的质量较大,故在释放B 后,A 将沿杆上升,当A 环上升至定滑轮的连线处于水平位置时,其上升速度v 1≠0,若这时B 的速度为v 2,则 (
)
A .v 2=v 1
C .v 2≠0
[答案] D
[解析] 环上升过程其速度v 1可分解为两个分速度v ∥和v ⊥,如图所示,v ∥=v 2=v 1·cos θ,
当θ=90°时,cos θ=0,v ∥=v 2=
0. B .v 2>v 1 D .v 2=0
2.如图所示,A 、B 两物体系在跨过光滑定滑轮的一根轻绳的两端,当A 物体以速度v
向左运动时,系A ,B 的绳分别与水平方向成α、β角,此时B 物体的速度大小为________,方向________.
[答案] cos α 水平向右 cos β
[解析] 根据A ,B 两物体的运动情况,将两物体此时的速度v 和v B 分别分解为两个分
速度v 1(沿绳的分量) 和v 2(垂直绳的分量) 以及v B 1(沿绳的分量) 和v B 2(垂直绳的分量) ,如图,由于两物体沿绳的速度分量相等,v 1=v B 1,v cos α=v B cos β.
cos α则B 物体的速度方向水平向右,其大小为v B =v cos β
3.如图所示,点光源S 到平面镜M 的距离为d . 光屏AB 与平面镜的初始位置平行.当
平面镜M 绕垂直于纸面过中心O 的转轴以ω的角速度逆时针匀速转过30°时,垂直射向平
面镜的光线SO 在光屏上的光斑P 的即时速度大小为多大?
[答案] 8ωd
[解析] 当平面镜转过30°角时,反射光线转过60°角,反射光线转动的角速度为平面镜
转动角速度的2倍,即为2ω. 将P 点速度沿OP 方向和垂直于OP 的方向进行分解,可得:
v cos60°=2ω·OP =4ωd,所以v =8ωd.
4. 如图6所示,用一根长杆和两个定滑轮的组合装置来提升重物M ,
长杆的一端放在地上通过铰链联结形成转轴,其端点恰好处于左侧滑轮
正下方O 点处,在杆的中点C 处拴一细绳,绕过两个滑轮后挂上重物
M . C 点与O 点距离为l . 现在杆的另一端用力.使其逆时针匀速转动,由 图6
竖直位置以角速度ω缓缓转至水平位置(转过了90°角) ,此过程中下述说法中正确的是
( )
A .重物M 做匀速直线运动
B .重物M 做匀变速直线运动
C .重物M 的最大速度是ωl
D .重物M 的速度先减小后增大
解析:由题知,C 点的速度大小为v C =ωl,设v C 与绳之间的夹角为θ,把v C 沿绳和垂
直绳方向分解可得,v 绳=v C cos θ,在转动过程中θ先减小到零再反向增大,故v 绳先增大后减小,重物M 做变加速运动,其最大速度为ωl,C 正确.
5. 一辆车通过一根跨过定滑轮的轻绳子提升一个质量为m 的重
物,开始车在滑轮的正下方,绳子的端点离滑轮的距离是H . 车由静止
开始向左做匀加速运动,经过时间t 绳子与水平方向的夹角为θ,如
图9所示,试求:
(1)车向左运动的加速度的大小; 图9
(2)重物m 在t 时刻速度的大小.
解析:(1)汽车在时间t 内向左走的位移:x =
1又汽车匀加速运动x 2
2H , tan θ
所以a =2x 2H t t ·tan θ
2H t ·tan θ(2)此时汽车的速度v 汽=at =
由运动的分解知识可知,汽车速度v 汽沿绳的分速度与重物m 的速度相等,即v 物=v 汽
cos θ
得v 物=2H cos θ2H 2H cos θ. 答案:(1) t ·tan θt ·tan θt ·tan θ
6.如图4-1-3所示,物体A 和B 质量均为m ,且分别与轻绳连接
跨过光滑轻质定滑轮,B 放在水平面上,A 与悬绳竖直.用力F 拉B
沿水平面向左匀速运动过程中,绳对A 的拉力的大小是
( )
A. 一定大于mg B .总等于mg
C .一定小于mg D .以上三项都不正确
解析:物体B 向左的速度vB 是合速度,
根据其效果,分解为如右图所示的两
个速度v 1和v 2,其中v 2=vA ,又因为v 2
=vB cos θ,所以当物体B 向左匀速运动
时,vB 大小不变,θ变小,cos θ变大,即A 向上做加速运动,由牛
顿第二定律得F T -mg =ma ,所以绳的拉力F T =mg +ma >mg . 故正
确答案为A.
7. 如图4-1-6所示,一个长直轻杆两端分别固定一个小球A 和B ,两球的质量均为m ,两球半径忽略不计,杆AB 的长度为l ,现将杆AB 竖直靠放在竖直墙上,
l 轻轻振动小球B ,使小球B 在水平地面上由静止向右运动,求当A 球沿墙下滑距离为时A 、2
B 两球的速度v A 和v B 的大小.(不计一切摩擦)
A 、B 两球速度的分解情况如图4-1-7所示,由题意知,θ=30°,由运动的合成与分解得 v A sin θ=v B cos θ
又A 、B 组成的系统机械能守恒,所以
mg l =1v 1A 2+m v B 2222
由①②解得v 11
A =23gl ,v B =2gl .
②